JPH0836198A - High peak power wavelength-converted pulse laser device - Google Patents

High peak power wavelength-converted pulse laser device

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JPH0836198A
JPH0836198A JP17131894A JP17131894A JPH0836198A JP H0836198 A JPH0836198 A JP H0836198A JP 17131894 A JP17131894 A JP 17131894A JP 17131894 A JP17131894 A JP 17131894A JP H0836198 A JPH0836198 A JP H0836198A
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JP
Japan
Prior art keywords
laser light
optical crystal
nonlinear optical
breakdown
peak power
Prior art date
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Pending
Application number
JP17131894A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Sakuma
純 佐久間
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH0836198A publication Critical patent/JPH0836198A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the peak power conversion efficiency and output stability of wavelength-converted laser beam by nonlinear optical crystal. CONSTITUTION:Exciting pulse laser beam becomes becomes short in pulse width by being transmitted through a breakdown medium 10 and is made incident on nonlinear optical crystal 3 to generate pulse lash with different wavelength. Thus, the exciting laser beam with higher and higher peak intensity can be made incident as the pulse width of the exciting pulse laser beam made incident on the nonlinear optical crystal 3 is shorter and shorter, and the peak intensity of obtained wavelength-converted pulse laser beam becomes high as a result, thereby reducing the damage to the nonlinear optical crystal 3 by as much as the energy made incident on the nonlinear optical crystal 3 is small.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学結晶を用い
て波長変換を行なう高ピークパワー波長変換パルスレー
ザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high peak power wavelength conversion pulsed laser device which performs wavelength conversion using a nonlinear optical crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は波長変換パルスレーザ装置の構成
図である。レーザ光発生装置1から出力された励起パル
スレーザ光は、レンズ等から成る集光光学系2により集
束され強度を高めて非線形光学結晶3に入射される。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a block diagram of a wavelength conversion pulsed laser device. The excitation pulsed laser light output from the laser light generator 1 is focused by the condensing optical system 2 including a lens or the like to increase the intensity and is incident on the nonlinear optical crystal 3.

【0003】この非線形光学結晶3は、励起パルスレー
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω1から波長ω2の変換パ
ルスレーザ光を発生する。
The non-linear optical crystal 3 generates laser light having different wavelengths upon incidence of the pump pulse laser light, for example, converted pulse laser light having a wavelength ω1 to a wavelength ω2 of the pump pulse laser light.

【0004】ここで、非線形光学結晶3により波長変換
されたパルスレーザ光には、変換されない元の励起パル
スレーザ光の波長ω1と変換されたレーザ光の波長ω2
とが混在している。
Here, the pulsed laser light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal 3 has a wavelength ω1 of the original pump pulsed laser light that has not been converted and a wavelength ω2 of the converted laser light.
And are mixed.

【0005】このために非線形光学結晶3により波長変
換されたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ4により
波長ω1のレーザ光と波長ω2のレーザ光とに分離され
る。なお、非線形光学結晶3により変換された波長ω2
(又はω3)のレーザ光を分離する方法としては、図8
に示すように非線形光学結晶3の入射側と出射側とにそ
れぞれ適切な反射特性を有する複数のミラー、例えば入
力ミラー5、出力ミラー6を配置して光共振器を構成す
る場合もある。励起パルスレーザ光から異なる波長に変
換する際の効率ηは、ピークパワーについて次式の関係
がある。
For this reason, the pulse laser light wavelength-converted by the nonlinear optical crystal 3 is separated by the beam splitter 4 into laser light of wavelength ω1 and laser light of wavelength ω2. The wavelength ω2 converted by the nonlinear optical crystal 3
As a method of separating the laser light of (or ω3), the method shown in FIG.
In some cases, a plurality of mirrors having appropriate reflection characteristics, for example, an input mirror 5 and an output mirror 6 are arranged on the incident side and the emitting side of the nonlinear optical crystal 3 as shown in FIG. The efficiency η when converting the excitation pulsed laser light into different wavelengths has the following relationship with respect to the peak power.

【0006】[0006]

【数1】 [Equation 1]

【0007】この式から分かるように効率ηは、励起パ
ルスレーザの強度Io の増加とともに単調に増加するの
で、変換効率ηを高めるためには成るべく強度Io を高
くする必要がある。この強度Io の増加とともに効率η
は、1に近付き、原理上100%に近い変換が可能とな
る。
As can be seen from this equation, the efficiency η monotonically increases with the increase of the intensity Io of the pump pulse laser. Therefore, in order to increase the conversion efficiency η, it is necessary to increase the intensity Io as much as possible. As the strength Io increases, the efficiency η
Becomes close to 1 and can be converted in principle close to 100%.

【0008】しかしながら、実際に非線形光学結晶3に
入射できる励起パルスレーザ光の強度は、非線形光学結
晶3にダメージを与えないですむダメージ限界によって
制限される。これによって、非線形光学結晶3により変
換されるレーザ光のピークパワーも、上記式(1) におい
てダメージ限界の励起パルスレーザ光に対応する値に制
限される。
However, the intensity of the pump pulse laser beam that can actually enter the nonlinear optical crystal 3 is limited by the damage limit that does not damage the nonlinear optical crystal 3. As a result, the peak power of the laser light converted by the nonlinear optical crystal 3 is also limited to the value corresponding to the pump pulse laser light at the damage limit in the above formula (1).

【0009】又、非線形光学結晶3により波長変換され
るパルスレーザ光のピークパワーは、励起パルスレーザ
光のピークパワーのほぼ2乗に比例するので、励起パル
スレーザ光の出力値がパルス毎に変動する場合、波長変
換されるレーザ光の出力変動もほぼその2乗に強調され
て不安定となる。
Further, since the peak power of the pulsed laser light wavelength-converted by the nonlinear optical crystal 3 is proportional to almost the square of the peak power of the pumped pulsed laser light, the output value of the pumped pulsed laser light varies from pulse to pulse. In this case, the output fluctuation of the laser light whose wavelength has been converted is also emphasized by its square and becomes unstable.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上のように非線形光
学結晶3により波長変換されるパルスレーザ光は、一般
に励起パルスレーザ光よりもずっとピークパワーが低
く、かつその出力が不安定となり、例えばレーザ加工等
の応用に適用する場合のネックとなっている。
As described above, the pulsed laser light whose wavelength is converted by the nonlinear optical crystal 3 generally has much lower peak power than that of the pumped pulsed laser light, and its output becomes unstable. This is a bottleneck when applied to applications such as processing.

【0011】そこで本発明は、非線形光学結晶3による
波長変換レーザ光のピークパワー変換効率と出力安定度
を改善した高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置を
提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a high peak power wavelength conversion pulsed laser device in which the peak power conversion efficiency and output stability of the wavelength conversion laser light by the nonlinear optical crystal 3 are improved.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1によれば、励起
レーザ光を非線形光学結晶に入射させて波長の異なるパ
ルスレーザ光を発生させる高ピークパワー波長変換パル
スレーザ装置において、非線形光学結晶の入射側に励起
レーザ光に対する光学的なブレークダウン媒質を配置し
て上記目的を達成しようとする高ピークパワー波長変換
パルスレーザ装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a high peak power wavelength conversion pulsed laser device for injecting pump laser light into a nonlinear optical crystal to generate pulsed laser light having different wavelengths. This is a high peak power wavelength conversion pulsed laser device in which an optical breakdown medium for pumping laser light is arranged on the incident side to achieve the above object.

【0013】請求項2によれば、励起レーザ光を非線形
光学結晶に入射させて波長の異なるパルスレーザ光を発
生させる高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置にお
いて、非線形光学結晶の入射側に配置され励起レーザ光
に対する光学的なブレークダウン媒質と、このブレーク
ダウン媒質の入射側に配置されて励起レーザ光を集光し
てブレークダウン媒質に入射させる入力ミラーと、ブレ
ークダウン媒質の出射側に配置されてブレークダウン媒
質からの出射光を平行光に戻すコリメートレンズと、を
備えて上記目的を達成しようとする高ピークパワー波長
変換パルスレーザ装置である。
According to a second aspect of the present invention, in a high peak power wavelength conversion pulsed laser device for injecting pump laser light into a nonlinear optical crystal to generate pulsed laser light having different wavelengths, the pumping laser arranged on the incident side of the nonlinear optical crystal is used. An optical breakdown medium for the laser light, an input mirror arranged on the incident side of the breakdown medium to collect the pumped laser light to enter the breakdown medium, and an input mirror arranged on the emission side of the breakdown medium. A high peak power wavelength conversion pulsed laser device, which is provided with a collimator lens for returning light emitted from a breakdown medium to parallel light, and which is intended to achieve the above object.

【0014】請求項3によれば、ブレークダウン媒質
は、少なくとも空気、N2 、又はHeのガスである。請
求項4によれば、ブレークダウン媒質は、少なくともガ
ス圧力により励起レーザ光に対するブレークダウン強度
を調整するものである。請求項5によれば、ブレークダ
ウン媒質中における励起レーザ光の集光点に空間フィル
タを配置する。
According to the third aspect, the breakdown medium is at least air, N 2 or He gas. According to the fourth aspect, the breakdown medium adjusts the breakdown intensity for the pump laser light at least by the gas pressure. According to the fifth aspect, the spatial filter is arranged at the focusing point of the excitation laser light in the breakdown medium.

【0015】[0015]

【作用】請求項1によれば、励起レーザ光は、ブレーク
ダウン媒質を透過することによりそのパルス幅が短くな
って非線形光学結晶に入射し、異なる波長のレーザ光が
発生する。
According to the first aspect of the present invention, the pump laser light is transmitted through the breakdown medium to have its pulse width shortened and enters the nonlinear optical crystal to generate laser lights of different wavelengths.

【0016】このように非線形光学結晶に入射する励起
レーザ光のパルス幅が短い程、高いピーク強度の励起レ
ーザ光を入射でき、結果として得られる波長変換された
レーザ光のピーク強度も高くなり、かつ非線形光学結晶
に入射するエネルギーが少ない分だけ非線形光学結晶に
与えるダメージを軽減できる。
As described above, the shorter the pulse width of the pumping laser light that is incident on the nonlinear optical crystal, the more the pumping laser light having a high peak intensity can be made incident, and the peak intensity of the resulting wavelength-converted laser light is also high. In addition, damage to the nonlinear optical crystal can be reduced by the amount of energy that is incident on the nonlinear optical crystal.

【0017】請求項2によれば、励起レーザ光は、入力
ミラーにより集束されてブレークダウン媒質に入射し、
このブレークダウン媒質を透過することによりそのパル
ス幅が短くなり、コリメートレンズにより平行光に変換
されて非線形光学結晶に入射する。そして、この非線形
光学結晶で異なる波長のレーザ光が発生する。
According to the second aspect, the pump laser light is focused by the input mirror and enters the breakdown medium,
By passing through this breakdown medium, the pulse width is shortened, converted into parallel light by the collimator lens, and incident on the nonlinear optical crystal. Then, laser lights of different wavelengths are generated by this nonlinear optical crystal.

【0018】請求項3によれば、ブレークダウン媒質
は、少なくとも空気、N2 、又はHeのガスが用いられ
て励起レーザ光のパルス幅を短くする。請求項4によれ
ば、ブレークダウン媒質は、少なくともガス圧力により
励起レーザ光に対するブレークダウン強度が調整され
る。
According to the third aspect, at least the gas of air, N 2 or He is used as the breakdown medium to shorten the pulse width of the pump laser light. According to the fourth aspect, the breakdown strength of the breakdown medium with respect to the excitation laser light is adjusted by at least the gas pressure.

【0019】請求項5によれば、ブレークダウン媒質中
における励起レーザ光の集光点に空間フィルタを配置す
ることにより、波長変換に寄与しない空間周波数成分も
同時に除去され、非線形光学結晶の寿命を長くできる。
According to the fifth aspect, by disposing the spatial filter at the condensing point of the pump laser light in the breakdown medium, the spatial frequency component which does not contribute to the wavelength conversion is removed at the same time, and the life of the nonlinear optical crystal is reduced. Can be long

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の第1の実施例について図面を
参照して説明する。なお、図7と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。図1は高ピークパ
ワー波長変換パルスレーザ装置の構成図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same parts as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 1 is a block diagram of a high peak power wavelength conversion pulsed laser device.

【0021】レーザ光発生装置1と非線形光学結晶3と
の間のレーザ光路上には、光学的なブレークダウン媒質
10が配置されている。なお、このブレークダウン媒質
10は、媒質用の容器11内に封入されており、この容
器11には互いに対向する面にそれぞれ入射窓12、出
射窓13が設けられている。
An optical breakdown medium 10 is arranged on the laser light path between the laser light generator 1 and the nonlinear optical crystal 3. The breakdown medium 10 is enclosed in a medium container 11. The container 11 is provided with an entrance window 12 and an exit window 13 on the surfaces facing each other.

【0022】このブレークダウン媒質10は、入射する
励起パルスレーザ光のパルス幅を短くし、かつプレーク
ダウンするしきい値をほぼ一定として出力する機能を有
している。
The breakdown medium 10 has the function of shortening the pulse width of the incident pump pulse laser light and outputting the threshold voltage for the breakdown to be substantially constant.

【0023】このブレークダウン媒質10は、具体的に
空気やN2 、He等のガスである。又、このブレークダ
ウン媒質10によりブレークダウンの起こる強度は、媒
質の種類及びガス圧力の関数となっており、このガス圧
力により調整されるものとなっている。
The breakdown medium 10 is specifically air or a gas such as N 2 or He. Further, the strength of the breakdown caused by the breakdown medium 10 is a function of the type of medium and gas pressure, and is adjusted by this gas pressure.

【0024】このブレークダウン媒質10の入射側には
短焦点レンズ14が配置され、かつブレークダウン媒質
10の出射側にはコリメートレンズ15が配置されてい
る。次に上記の如く構成された装置の作用について説明
する。
A short focus lens 14 is arranged on the incident side of the breakdown medium 10, and a collimator lens 15 is arranged on the emission side of the breakdown medium 10. Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described.

【0025】レーザ光発生装置1から出力された励起パ
ルスレーザ光は、短焦点レンズ14により集束されて容
器11の入射窓12を通してブレークダウン媒質10内
に入射する。
The excitation pulsed laser light output from the laser light generator 1 is focused by the short focus lens 14 and enters the breakdown medium 10 through the entrance window 12 of the container 11.

【0026】このブレークダウン媒質10では、ブレー
クダウンが励起パルスレーザ光のある強度で起こると、
プラズマが発生してシールド効果が起き、その後の励起
パルスレーザ光が遮られる。
In this breakdown medium 10, when breakdown occurs at a certain intensity of the pump pulse laser light,
Plasma is generated and a shield effect occurs, and the subsequent excitation pulsed laser light is blocked.

【0027】これにより、励起パルスレーザ光は、図2
(a) に示すようにそのピーク強度がやや減少するが、そ
のパルス幅はt1からt2へと非常に短くなる。このパ
ルス幅は、一般には半分以下となる。
As a result, the excitation pulsed laser light is emitted as shown in FIG.
As shown in (a), the peak intensity is slightly reduced, but the pulse width is very short from t1 to t2. This pulse width is generally less than half.

【0028】又、図2(a)(b)に示すようにブレークダウ
ンの起こるしきい値は、励起パルスレーザ光のピーク強
度が異なっていてもほぼ一定となる。これにより、励起
パルスレーザ光の出力値が変動したとしても、ブレーク
ダウン媒質10から出射される励起パルスレーザ光のピ
ーク強度はほぼ一定となる。
Further, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the threshold value at which breakdown occurs is substantially constant even if the peak intensities of the pump pulse laser light are different. Thereby, even if the output value of the pump pulse laser light fluctuates, the peak intensity of the pump pulse laser light emitted from the breakdown medium 10 becomes substantially constant.

【0029】このように励起パルスレーザ光は、ブレー
クダウン媒質10を透過することによりパルス幅が短く
なるとともにピーク強度一定となり、これがコリメータ
レンズ15により平行光に戻されて非線形光学結晶3に
入射する。
As described above, the excitation pulsed laser light is transmitted through the breakdown medium 10 so that the pulse width becomes shorter and the peak intensity becomes constant, which is returned to parallel light by the collimator lens 15 and enters the nonlinear optical crystal 3. .

【0030】この非線形光学結晶3は、励起パルスレー
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω1から波長ω2のパルス
レーザ光を発生する。
The non-linear optical crystal 3 generates laser light having different wavelengths upon incidence of the pump pulse laser light, for example, pulse laser light having a wavelength ω1 to a wavelength ω2 of the pump pulse laser light.

【0031】この非線形光学結晶3により波長変換され
たパルスレーザ光には、波長変換されない元の励起パル
スレーザ光の波長ω1と変換されたパルスレーザ光の波
長ω2とが混在しているので、ビームスプリッタ4によ
り波長ω1のパルスレーザ光と波長ω2のパルスレーザ
光とに分離される。
Since the pulsed laser light wavelength-converted by the nonlinear optical crystal 3 contains the wavelength ω1 of the original excitation pulsed laser light which is not wavelength-converted and the wavelength ω2 of the converted pulsed laser light, the beam The splitter 4 splits the pulsed laser light of wavelength ω1 and the pulsed laser light of wavelength ω2.

【0032】ところで、非線形光学結晶3のダメージ限
界は、その非線形光学結晶3の種類にもよるが、ほぼ単
位面積あたりに入射する励起パルスレーザ光のエネルギ
ーに依存する。
The damage limit of the nonlinear optical crystal 3 depends on the energy of the pump pulse laser light incident per unit area, although it depends on the type of the nonlinear optical crystal 3.

【0033】すなわち、図3(a)(b)に示すように非線形
光学結晶3に対してダメージ限界のエネルギー(図示中
斜線部分)を単位面積に入射させた場合、励起パルスレ
ーザ光のパルス幅が短い程、非線形光学結晶3に高いピ
ーク強度の励起パルスレーザ光を入射できる。
That is, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), when the damage limit energy (hatched portion in the figure) is incident on the nonlinear optical crystal 3 in a unit area, the pulse width of the pump pulse laser light is increased. The shorter is, the higher the excitation pulsed laser light having a high peak intensity can be incident on the nonlinear optical crystal 3.

【0034】この結果として非線形光学結晶3により得
られる波長変換されたパルスレーザ光のピーク強度は高
くなる。又、図4に示すようにそれぞれパルス幅の異な
る各励起パルスレーザ光E1、E2を用いた場合、これ
ら励起パルスレーザ光E1、E2の各ピーク強度が同一
であれば、非線形光学結晶3の波長変換により得られる
各パルスレーザ光の各ピーク強度は等しくなるが、これ
ら励起パルスレーザ光では、それぞれ非線形光学結晶3
に入射するエネルギーが、パルス幅の短い方が少ないの
で、その分だけ非線形光学結晶3に対するダメージが軽
減され、非線形光学結晶3の寿命を長くできる。
As a result, the peak intensity of the wavelength-converted pulsed laser light obtained by the nonlinear optical crystal 3 becomes high. Further, as shown in FIG. 4, when the excitation pulse laser lights E1 and E2 having different pulse widths are used, if the peak intensities of the excitation pulse laser lights E1 and E2 are the same, the wavelength of the nonlinear optical crystal 3 is increased. The peak intensities of the pulsed laser lights obtained by the conversion become equal, but in these pumped pulsed laser lights, the nonlinear optical crystal 3
Since the shorter the pulse width of the incident energy is, the damage to the nonlinear optical crystal 3 is reduced accordingly, and the life of the nonlinear optical crystal 3 can be extended.

【0035】例えば、励起パルスレーザ光のパルス幅が
50nsecの場合、ピーク強度10MW/cm2 がダメージ
限界とすれば、パルス幅20nsecの励起パルスレーザ光
に対して非線形光学結晶3のダメージ限界は25MW/
cm2 程度となる。
For example, when the pulse width of the pump pulse laser light is 50 nsec and the peak intensity is 10 MW / cm 2 , the damage limit of the nonlinear optical crystal 3 is 25 MW for the pump pulse laser light having the pulse width 20 nsec. /
It will be about cm 2 .

【0036】励起パルスレーザ光からのエネルギーが、
例えば100mJ、励起パルスレーザ光のビーム面積1
cm2 とすれば、ピーク強度Iは、 I=100mJ/50nsec・1cm2 =2MW/cm2 …(2) となるので、最大の変換効率ηを得ようとすれば、励起
パルスレーザ光のビーム面積を5分の1になるように集
束させればよい。
The energy from the excitation pulsed laser light is
For example, 100 mJ, beam area of excitation pulsed laser light 1
If cm 2 is given, the peak intensity I becomes I = 100 mJ / 50 nsec · 1 cm 2 = 2 MW / cm 2 (2). Therefore, if the maximum conversion efficiency η is to be obtained, the pump pulse laser beam Focusing may be performed so that the area becomes 1/5.

【0037】このときの変換効率ηを10%とすれば、
非線形光学結晶3により波長変換されたパルスレーザ光
のエネルギーは、 100mJ・0.1=10mJ …(3) となり、パルス幅は、
If the conversion efficiency η at this time is 10%,
The energy of the pulsed laser light wavelength-converted by the nonlinear optical crystal 3 is 100 mJ · 0.1 = 10 mJ (3), and the pulse width is

【0038】[0038]

【数2】 程度となり、ピークパワーは、[Equation 2] And the peak power is

【0039】[0039]

【数3】 となる。(Equation 3) Becomes

【0040】これに対し、上記本発明装置の場合、ブレ
ークダウン媒質10のブレークダウンにより励起パルス
レーザ光が、例えばパルス幅20nsec、エネルギー30
mJになれば、ピーク強度Iは、 I=30mJ/20nsec・1cm2 =1.5MW/cm2 …(6) となる。
On the other hand, in the case of the device of the present invention, the breakdown of the breakdown medium 10 causes the excitation pulse laser light to have, for example, a pulse width of 20 nsec and an energy of 30.
When it becomes mJ, the peak intensity I becomes I = 30 mJ / 20 nsec.1 cm 2 = 1.5 MW / cm 2 (6).

【0041】このようにピーク強度I(1.5MW/cm
2 )は、上記ブレークダウン媒質10の無いピーク強度
I(2MW/cm2 )と比較して減少するものの、ダメー
ジ限界は上記の如く約25MW/cm2 となるので、最大
の変換効率ηを得るのに励起パルスレーザ光のビーム面
積を、
Thus, the peak intensity I (1.5 MW / cm
2 ) is reduced as compared with the peak intensity I (2 MW / cm 2 ) without the breakdown medium 10, but the damage limit is about 25 MW / cm 2 as described above, so the maximum conversion efficiency η is obtained. The beam area of the pump pulse laser light is

【0042】[0042]

【数4】 程度まで小さくできる。[Equation 4] Can be made as small as possible.

【0043】このときの変換効率ηは、20%程度とな
るので、波長変換されたパルスレーザ光は、そのエネル
ギーが、 30×0.2=6mJ …(8) パルス幅が、
Since the conversion efficiency η at this time is about 20%, the energy of the wavelength-converted pulse laser light is 30 × 0.2 = 6 mJ (8) The pulse width is

【0044】[0044]

【数5】 となる。従って、波長変換されたレーザ光のエネルキー
は小さくなるが、ピークパワーPは、
(Equation 5) Becomes Therefore, the energy of the wavelength-converted laser light is small, but the peak power P is

【0045】[0045]

【数6】 となって大きくなる。(Equation 6) And become bigger.

【0046】このように上記第1の実施例においては、
励起パルスレーザ光を入力ミラー14により集束してブ
レークダウン媒質10に入射し、このブレークダウン媒
質10を透過することによりそのパルス幅を短くして非
線形光学結晶3に入射し、この非線形光学結晶3で異な
る波長のパルスレーザ光を発生するようにしたので、非
線形光学結晶3に入射する励起パルスレーザ光のパルス
幅が短い程、高いピーク強度の励起レーザ光を入射で
き、結果として得られる波長変換されたレーザ光のピー
ク強度も高くなり、かつ非線形光学結晶3に入射するエ
ネルギーが少ない分だけ非線形光学結晶3に与えるダメ
ージを軽減でき、寿命を長くできる。
As described above, in the first embodiment,
The pumping pulsed laser light is focused by the input mirror 14 to enter the breakdown medium 10, and the pulse width is shortened by passing through the breakdown medium 10 to enter the nonlinear optical crystal 3. The nonlinear optical crystal 3 Since the pulsed laser light having different wavelengths is generated by the above, the shorter the pulse width of the pumped pulsed laser light that enters the nonlinear optical crystal 3, the more the pumped laser light having a higher peak intensity can be made to enter, and the resulting wavelength conversion The peak intensity of the generated laser light is also increased, and the amount of energy incident on the nonlinear optical crystal 3 is small, so that damage to the nonlinear optical crystal 3 can be reduced and the life can be extended.

【0047】又、ブレークダウンの起こるしきい値は、
励起パルスレーザ光のピーク強度が異なっていてもほぼ
一定となるので、励起パルスレーザ光の出力値が変動し
たとしても、ブレークダウン媒質10から出射される励
起パルスレーザ光のピーク強度をほぼ一定にできる。こ
れにより、レーザ加工等の応用に適用できる。
The threshold at which breakdown occurs is
Even if the peak intensity of the pumping pulse laser light is different, it becomes almost constant. Therefore, even if the output value of the pumping pulse laser light fluctuates, the peak intensity of the pumping pulse laser light emitted from the breakdown medium 10 becomes almost constant. it can. As a result, it can be applied to applications such as laser processing.

【0048】又、容器11内に封入されているブレーク
ダウン媒質10のガス圧力を調整すれば、変換される波
長を調整して所望の波長を取り出すことができる。 (2) 次に本発明の第2の実施例について説明する。な
お、図1とと同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。
Further, by adjusting the gas pressure of the breakdown medium 10 enclosed in the container 11, the converted wavelength can be adjusted to extract the desired wavelength. (2) Next, a second embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0049】図5は高ピークパワー波長変換パルスレー
ザ装置の構成図である。ブレークダウン媒質10を封入
する容器11における励起パルスレーザ光の焦点位置に
は、空間フィルターとしてのピンホール20が配置され
ている。
FIG. 5 is a block diagram of a high peak power wavelength conversion pulsed laser device. A pinhole 20 as a spatial filter is arranged at the focus position of the excitation pulsed laser light in the container 11 that encloses the breakdown medium 10.

【0050】このピンホール20は、波長変換に寄与し
ない空間周波数成分を除去する機能を有している。かか
る構成であれば、レーザ光発生装置1から出力された励
起パルスレーザ光は、短焦点レンズ14により集束され
てブレークダウン媒質10内に入射する。
The pinhole 20 has a function of removing a spatial frequency component that does not contribute to wavelength conversion. With such a configuration, the pump pulse laser light output from the laser light generator 1 is focused by the short focus lens 14 and enters the breakdown medium 10.

【0051】このブレークダウン媒質10では、ブレー
クダウンが励起パルスレーザ光のある強度で起こると、
プラズマが発生してシールド効果が起き、その後の励起
パルスレーザ光が遮られる。
In this breakdown medium 10, when breakdown occurs at a certain intensity of the pump pulse laser light,
Plasma is generated and a shield effect occurs, and the subsequent excitation pulsed laser light is blocked.

【0052】これにより、励起パルスレーザ光は、上記
の如くそのピーク強度がやや減少するが、そのパルス幅
は非常に短くなる。又、励起パルスレーザ光は、ピンホ
ール20を通過することにより、波長変換に寄与しない
空間高調波成分が除去される。
As a result, the peak intensity of the pump pulse laser light is slightly reduced as described above, but the pulse width thereof is extremely short. Further, the excitation pulsed laser light passes through the pinhole 20 to remove the spatial harmonic component that does not contribute to wavelength conversion.

【0053】このように励起パルスレーザ光は、ブレー
クダウン媒質10を透過することによりパルス幅が短く
なるとともにピーク強度一定となり、かつ波長変換に寄
与しない空間高調波成分が除去され、これがコリメータ
レンズ15により平行光に戻されて非線形光学結晶3に
入射する。
As described above, the pumping pulsed laser light is transmitted through the breakdown medium 10 so that the pulse width becomes shorter and the peak intensity becomes constant, and the spatial harmonic components that do not contribute to the wavelength conversion are removed. Is converted into parallel light by and enters the nonlinear optical crystal 3.

【0054】この非線形光学結晶3は、励起パルスレー
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω1から波長ω2のパルス
レーザ光を発生する。
The non-linear optical crystal 3 generates laser light having different wavelengths depending on the incidence of the excitation pulse laser light, for example, pulse laser light having a wavelength ω1 to a wavelength ω2 of the excitation pulse laser light.

【0055】ここで、図6は非線形光学結晶3を透過す
る励起パルスレーザ光の広がり角を示しており、ピンホ
ール20を励起パルスレーザ光が通過することにより、
広がり角は小さくなる。
Here, FIG. 6 shows the divergence angle of the pump pulse laser light that passes through the nonlinear optical crystal 3, and when the pump pulse laser light passes through the pinhole 20,
The spread angle becomes smaller.

【0056】これにより、非線形光学結晶3の位相整合
許容角が小さい場合には、励起パルスレーザ光をピンホ
ール20に通過させて励起パルスレーザ光の広がり角を
小さくすることが最適となる。
Accordingly, when the phase matching tolerance angle of the nonlinear optical crystal 3 is small, it is optimal to pass the pump pulse laser light through the pinhole 20 to reduce the spread angle of the pump pulse laser light.

【0057】すなわち、非線形光学結晶3の位相整合許
容角が小さい場合には、励起パルスレーザ光の広がり角
が大きいと、波長変換に寄与しない空間高調波成分を入
射して余分な成分を波長変換するからである。
That is, when the phase matching allowable angle of the nonlinear optical crystal 3 is small and the divergence angle of the pump pulse laser light is large, a spatial harmonic component that does not contribute to wavelength conversion is incident and the extra component is wavelength converted. Because it does.

【0058】この非線形光学結晶3を透過後のレーザ光
は、ビームスプリッタ4により波長ω1のレーザ光と波
長ω2のパルスレーザ光とに分離される。このように第
2の実施例においては、ブレークダウン媒質10中の励
起パルスレーザ光の焦点位置にピンホール20を配置し
たので、上記第1の実施例の効果に加え、非線形光学結
晶3の位相整合許容角が小さい場合に問題となる波長変
換に寄与しない空間高調波成分を除去できて非線形光学
結晶3の寿命を長くできる。
The laser light after passing through the nonlinear optical crystal 3 is separated by the beam splitter 4 into a laser light of wavelength ω1 and a pulse laser light of wavelength ω2. As described above, in the second embodiment, since the pinhole 20 is arranged at the focal position of the excitation pulsed laser light in the breakdown medium 10, in addition to the effect of the first embodiment, the phase of the nonlinear optical crystal 3 is increased. When the matching tolerance angle is small, spatial harmonic components that do not contribute to wavelength conversion, which is a problem, can be removed, and the life of the nonlinear optical crystal 3 can be extended.

【0059】なお、本発明は、上記各実施例に限定され
るものでなく次の通りに変形してもよい。例えば、非線
形光学結晶3により変換された各波長のレーザ光を分離
する方法としては、非線形光学結晶3の入射側と出射側
とにそれぞれ適切な反射特性を有する複数のミラー、例
えば図8に示す入力ミラー5、出力ミラー6を配置して
光共振器を構成してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified as follows. For example, as a method for separating the laser light of each wavelength converted by the nonlinear optical crystal 3, a plurality of mirrors having appropriate reflection characteristics on the incident side and the emitting side of the nonlinear optical crystal 3, for example, shown in FIG. An optical resonator may be constructed by arranging the input mirror 5 and the output mirror 6.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、非
線形光学結晶3による波長変換レーザ光のピークパワー
変換効率と出力安定度を改善した高ピークパワー波長変
換パルスレーザ装置を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a high peak power wavelength conversion pulsed laser device with improved peak power conversion efficiency and output stability of wavelength conversion laser light by the nonlinear optical crystal 3.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる高ピークパワー波長変換パルス
レーザ装置の第1の実施例を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a high peak power wavelength conversion pulsed laser device according to the present invention.

【図2】ブレークダウン媒質によりブレークダウンした
ときのパルス波形を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a pulse waveform when a breakdown is caused by a breakdown medium.

【図3】パルス幅の異なる各励起パルスレーザ光に対す
る各波長変換光の波形図。
FIG. 3 is a waveform diagram of each wavelength conversion light with respect to each pump pulse laser light having a different pulse width.

【図4】同一のピーク強度でパルス幅の異なる各励起パ
ルスレーザ光に対する各波長変換光の波形図。
FIG. 4 is a waveform diagram of each wavelength-converted light with respect to each pump pulse laser light having the same peak intensity but different pulse widths.

【図5】本発明に係わる高ピークパワー波長変換パルス
レーザ装置の第2の実施例を示す構成図。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of a high peak power wavelength conversion pulsed laser device according to the present invention.

【図6】励起パルスレーザ光の広がり角を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a divergence angle of a pump pulse laser beam.

【図7】従来の波長変換パルスレーザ装置の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional wavelength conversion pulsed laser device.

【図8】従来の波長変換パルスレーザ装置の構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional wavelength conversion pulsed laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ光発生装置、3…非線形光学結晶、10…ブ
レークダウン媒質、11…媒質用の容器、12…入射
窓、13…出射窓、14…短焦点レンズ、15…コリメ
ートレンズ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light generator, 3 ... Nonlinear optical crystal, 10 ... Breakdown medium, 11 ... Medium container, 12 ... Incident window, 13 ... Exit window, 14 ... Short focus lens, 15 ... Collimating lens.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起レーザ光を非線形光学結晶に入射さ
せて波長の異なるパルスレーザ光を発生させる高ピーク
パワー波長変換パルスレーザ装置において、 前記非線形光学結晶の入射側に前記励起レーザ光に対す
る光学的なブレークダウン媒質を配置することを特徴と
する高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置。
1. A high peak power wavelength conversion pulsed laser device for generating pump laser light having different wavelengths by making pumping laser light incident on a nonlinear optical crystal, wherein the pumping laser light is optically incident on the incident side of the nonlinear optical crystal. High peak power wavelength conversion pulsed laser device characterized by arranging various breakdown media.
【請求項2】 励起レーザ光を非線形光学結晶に入射さ
せて波長の異なるパルスレーザ光を発生させる高ピーク
パワー波長変換パルスレーザ装置において、 前記非線形光学結晶の入射側に配置され前記励起レーザ
光に対する光学的なブレークダウン媒質と、 このブレークダウン媒質の入射側に配置されて前記励起
レーザ光を集光して前記ブレークダウン媒質に入射させ
る入力ミラーと、 前記ブレークダウン媒質の出射側に配置されて前記ブレ
ークダウン媒質からの出射光を平行光に戻すコリメート
レンズと、を具備したことを特徴とする高ピークパワー
波長変換パルスレーザ装置。
2. A high peak power wavelength conversion pulsed laser device for generating pulsed laser light having different wavelengths by making pumping laser light incident on a nonlinear optical crystal, wherein the pumping laser light is arranged on the incident side of the nonlinear optical crystal. An optical breakdown medium, an input mirror arranged on the incident side of the breakdown medium to collect the excitation laser light and make it enter the breakdown medium, and an input mirror arranged on the emission side of the breakdown medium. A high peak power wavelength conversion pulsed laser device, comprising: a collimator lens that returns light emitted from the breakdown medium to parallel light.
【請求項3】 ブレークダウン媒質は、少なくとも空
気、N2 、又はHeのガスであることを特徴とする請求
項1又は2記載の高ピークパワー波長変換パルスレーザ
装置。
3. The high peak power wavelength conversion pulsed laser device according to claim 1, wherein the breakdown medium is at least air, N 2 or He gas.
【請求項4】 ブレークダウン媒質は、少なくともガス
圧力により励起レーザ光に対するブレークダウン強度を
調整することを特徴とする請求項1又は2記載の高ピー
クパワー波長変換パルスレーザ装置。
4. The high peak power wavelength conversion pulsed laser device according to claim 1, wherein the breakdown medium adjusts the breakdown intensity with respect to the pump laser light by at least the gas pressure.
【請求項5】 ブレークダウン媒質中における励起レー
ザ光の集光点に空間フィルタを配置することを特徴とす
る請求項1又は2記載の高ピークパワー波長変換パルス
レーザ装置。
5. The high peak power wavelength conversion pulsed laser device according to claim 1 or 2, wherein a spatial filter is arranged at a condensing point of the pump laser light in the breakdown medium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107810443A (en) * 2015-07-01 2018-03-16 科磊股份有限公司 The expansible nonlinear optical wavelength conversion device of power

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107810443A (en) * 2015-07-01 2018-03-16 科磊股份有限公司 The expansible nonlinear optical wavelength conversion device of power
CN107810443B (en) * 2015-07-01 2021-05-14 科磊股份有限公司 Power scalable nonlinear optical wavelength converter

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